近日，英國(guó)倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種太陽(yáng)能熱泵與相變儲(chǔ)熱相結(jié)合的住宅應(yīng)用方案，該系統(tǒng)可為單戶住宅提供空間供暖和生活熱水，可以幫助用戶節(jié)省高達(dá)39%的成本。

設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的科學(xué)家表示，這項(xiàng)工作的創(chuàng)新之處在于為典型房屋開(kāi)發(fā)了兩種不同系統(tǒng)配置的綜合熱網(wǎng)絡(luò)模型。這兩種配置包括標(biāo)準(zhǔn)配置：熱泵系統(tǒng)＋熱水缸以及高級(jí)配置：熱泵系統(tǒng)＋兩個(gè)相變材料(PCM)儲(chǔ)熱系統(tǒng)。其中，PCM可以在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)吸收、儲(chǔ)存和釋放大量潛熱。

▲具有兩個(gè)獨(dú)立 PCM 蓄熱器的熱泵系統(tǒng)

科學(xué)家們解釋說(shuō)，他們通過(guò)假定中小型住宅熱泵產(chǎn)品的典型蓄熱容量(200 L)來(lái)證明這兩種配置在空間有限的情況下是否也能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)約。他們還使用了不同制造商的數(shù)據(jù)表來(lái)開(kāi)發(fā)光伏和熱泵系統(tǒng)的性能模型，其設(shè)計(jì)場(chǎng)景是針對(duì)兩個(gè)不同地點(diǎn)進(jìn)行的，一個(gè)是英國(guó)蘇格蘭的奧本，太陽(yáng)輻照度低且溫度溫和，另一個(gè)則德國(guó)南部的慕尼黑，陽(yáng)光明媚但晝夜和季節(jié)溫度變化大。

第一個(gè)系統(tǒng)配置采用ASHP，包括一個(gè)備用電加熱器、一組熱發(fā)射器、一個(gè)熱水缸和一個(gè)光伏系統(tǒng)。后者僅用于為熱泵供電，其余電力則來(lái)自電網(wǎng)。第二個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括一個(gè)ASHP、兩個(gè)獨(dú)立的PCM儲(chǔ)熱器、一個(gè)熱發(fā)射器陣列和一個(gè)光伏陣列。

研究人員解釋?zhuān)诙N的配置與第一種配置的主要區(qū)別在于，熱水缸已被PCM儲(chǔ)熱器取代，并且ASHP不直接提供SH，因?yàn)榈诙€(gè)PCM儲(chǔ)熱器充當(dāng)ASHP和SH提供的熱量之間的緩沖器需求。

科學(xué)家們將參考供應(yīng)溫度設(shè)定為家用熱水的典型范圍43℃，估計(jì)了單周概率需求曲線的DHW（生活用熱水） 需求，開(kāi)發(fā)出帶有熱泵的系統(tǒng)，兩種配置的額定加熱能力為8.5 kW，最小加熱能力為3.2 kW。備用電加熱器的固定輸出功率為3千瓦，光伏系統(tǒng)依靠八塊面板，總面積為13平方米。

他們將這些系統(tǒng)與未優(yōu)化的基準(zhǔn)案例（標(biāo)準(zhǔn)配置）進(jìn)行了比較。通過(guò)比較，他們發(fā)現(xiàn)，帶有兩個(gè)PCM蓄熱器的系統(tǒng)具有最大的節(jié)約成本潛力，據(jù)其估計(jì)，英國(guó)每年的成本節(jié)約高達(dá)39%，德國(guó)則為29%。

科學(xué)家表示，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)、配置和位置，系統(tǒng)季節(jié)性性能系數(shù)(COP)在2.4和2.8之間變化。

在近日發(fā)表于《能源轉(zhuǎn)換與管理》雜志上的“用于家庭應(yīng)用的帶熱能儲(chǔ)存的空氣源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化”一文中，他們也描述了這些系統(tǒng)，并聲稱可以通過(guò)避免高峰電價(jià)時(shí)段來(lái)降低運(yùn)營(yíng)成本。